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CAPS関連Nlrp3対立遺伝子のSlc6a3依存性発現は、加齢マウスにおいて進行性の行動異常と神経炎症をもたらすことが示された
Slc6a3-dependent expression of a CAPS-associated Nlrp3 allele results in progressive behavioral abnormalities and neuroinflammation in aging mice.
PMID: 32680528 DOI: 10.1186/s12974-020-01866-6.
抄録
背景:
神経炎症と加齢に伴う神経障害との関連性は確立されているが、その分子機構や細胞型については十分に解明されていない。アルツハイマー病やパーキンソン病では、炎症性炎症性NLRP3の活性が関与しており、我々の最近の研究では、変性する中脳のドーパミン作動性ニューロンがPDの進行を通してNLRP3を発現していることが示唆されている。ここでは、ドーパミン神経ニューロン特異的なSrc6a3プロモーターを発現する細胞でのみ有効な、内因性のマウスNlrp3遺伝子座内の多動性変異を保有する老化マウスの運動機能、組織の完全性、神経炎症の特徴を明らかにすることにより、中脳ニューロンにおける炎症酵素活性の亢進の影響を直接的に検証している。
BACKGROUND: An association between neuroinflammation and age-related neurologic disorders has been established but the molecular mechanisms and cell types involved have not been thoroughly characterized. Activity of the proinflammatory NLRP3 inflammasome is implicated in Alzheimer's and Parkinson's disease and our recent studies in patients suggest that dopaminergic neurons within the degenerating mesencephalon express NLRP3 throughout the progression of PD. Here, we directly test the impact of enhanced inflammasome activity in mesencephalic neurons by characterizing motor function, tissue integrity, and neuroinflammation in aging mice harboring hyperactivating mutations within the endogenous murine Nlrp3 locus, enabled only in cells expressing the dopaminergic neuron-specific Slc6a3 promoter.
方法:
我々は、内因性マウスNlrp3遺伝子座に挿入されたクリオピリン関連周期性症候群活性化変異Nlrp3とNlrp3をコードする誘導性対立遺伝子を保有するマウスを比較した。組織特異的発現は、ドーパミン神経細胞特異的Src6a3プロモーターの制御下でCreリコンビナーゼを発現するマウスとこれらの動物を交配することによって駆動された。この実験マウスは、内因性マウスNlrp3プロモーターがドーパミン作動性ニューロンで活性化している場合にのみ、高活性なNLRP3を発現するように設計されており、18ヶ月間の老化を通して、縦方向の運動機能評価を用いて解析された。中脳組織の生化学的および組織学的解析は、1～18ヶ月齢の動物を対象に実施した。
METHODS: We compared mice harboring inducible alleles encoding the cryopyrin-associated periodic syndrome activating mutations Nlrp3 and Nlrp3 inserted into the endogenous mouse Nlrp3 locus. Tissue specific expression was driven by breeding these animals with mice expressing Cre recombinase under the control of the dopaminergic neuron-specific Slc6a3 promoter. The experimental mice, designed to express hyperactive NLRP3 only when the endogenous mouse Nlrp3 promotor is active in dopaminergic neurons, were analyzed throughout 18 months of aging using longitudinal motor function assessments. Biochemical and histologic analyses of mesencephalic tissues were conducted in 1- and 18-month-old animals.
結果:
Nlrp3を発現した動物では、Nlrp3およびNlrp3を発現した動物と比較して、運動機能の進行性および有意な欠損が観察された。すべての動物において、年齢に依存した中脳の神経炎症性変化が認められた。黒質のGFAP免疫反応性アストロサイトを解析したところ、Nlrp3を発現する動物では、Nlrp3およびNlrp3と比較してアストロサイト数が有意に増加していることが明らかになった。Nlrp3の線条体組織をさらに解析したところ、遺伝子型特異的なグリオシス、Il1b発現の上昇、および形態学的指標と遺伝子発現指標の両方で炎症性A1アストロサイトの増加が認められた。
RESULTS: We observed progressive and significant deficits in motor function in animals expressing Nlrp3, compared with animals expressing Nlrp3 and Nlrp3. Age-dependent neuroinflammatory changes in the mesencephalon were noted in all animals. Analysis of GFAP-immunoreactive astrocytes in the substantia nigra revealed a significant increase in astrocyte number in animals expressing Nlrp3 compared with Nlrp3 and Nlrp3. Further analysis of Nlrp3 striatal tissues indicated genotype specific gliosis, elevated Il1b expression, and both morphologic and gene expression indicators of proinflammatory A1 astrocytes.
結論:
ドーパミン作動性ニューロンは、活性酸素種、ドーパミン代謝物、ミスフォールドタンパク質などのNLRP3炎症ソーム活性化因子を加齢とともに蓄積する可能性がある。その結果、Nlrp3遺伝子座は加齢マウスのドーパミン作動性ニューロンで活性化されており、Nlrp3対立遺伝子が高活性化すると、進行性の行動障害と関連して神経炎症性の変化を引き起こす可能性があることが示された。これらの知見は、神経細胞のNLRP3炎症性ソーム活性が、正常な加齢と神経疾患の進行中に観察される神経炎症に寄与している可能性を示唆している。
CONCLUSIONS: Dopaminergic neurons have the potential to accumulate NLRP3 inflammasome activators with age, including reactive oxygen species, dopamine metabolites, and misfolded proteins. Results indicate the Nlrp3 locus is active in dopaminergic neurons in aging mice, and that the hyperactive Nlrp3 allele can drive neuroinflammatory changes in association with progressive behavioral deficits. Findings suggest neuronal NLRP3 inflammasome activity may contribute to neuroinflammation observed during normal aging and the progression of neurologic disorders.